三维地层可视化中地质建模研究

地层通常是不规则的曲面且不能用数学表达式表达。根据地层的特点，借鉴数字高程的思想，提出了多层DEM的方法，并采用适当的地层面拟合函数，建立了真三维地层模型。实现了三维地层可视化的一些基本功能，例如旋转、放大、缩小、分层显示和任意切割剖面等。     

IDL在三维地层可视化中的应用研究

本文以钻孔资料为源数据,利用IDL语言强大的数据处理与图形显示功能,分别使用多层DEM表面模型法和实体模型法构造地层三维模型,实现了地层的平移、旋转、缩放、透明等多种控制操作。并实现了任意点地层分布查询、任意剖面切割、属性查询等分析功能,从而尽可能模拟现实世界,增强三维地层的真实感。最后,将其应用于实际工程中,验证了其合理性和实用性。     

可视化地层模型信息系统在地面沉降研究中的应用

在我国多个城市发生了由于地下水过量开采而引起的地面沉降现象,并由此造成了重大的环境问题和经济损失,预测与控制地面沉降已经成为这类城市发展中必须面对的问题。基于地面沉降产生的机理,在GMS平台上建立了第四系地层三维可视化地层模型信息系统,该系统可以直观地显现不同性质土层的空间展布形态和空间组合特征,实现了研究区地层的拆分与组合,剖面的任意切割与显示,指定深度切割水平剖面,任意视角观测地层等地层信息的三维可视化直观表达,为研究地面沉降问题提供了宝贵的资料信息和有利条件。     

基于限定Delaunay三角剖分和OpenGL的三维地层可视化系统设计与实现

针对三维地质建模工作非常繁琐和复杂,为降低操作人员的劳动强度和提高模型可视化效果,提出一种基于结合限定Delaunay三角剖分和OpenGL进行三维地层可视化的方法。利用限定三角剖分算法可以生成任意边界形态、任意尺寸大小或者带有多个孔洞的地层表面三角网;利用OpenGL的对象拾取机制实现钻孔数据的可视化管理和人机交互地层建模。同时将该方法应用于三维地层可视化系统开发中,系统克服了手工填加虚拟钻孔来提高模型精度的麻烦,可以显著提高三维地层建模的效率和可视化效果。最后利用南京某地区三维地质调查项目地质勘察获取的钻孔数据,进行了实际建模操作。实验结果表明,系统能够快速、准确地构建地层的三维模型,并实现多种模型可视化,为工程勘察信息的管理和分析提供了科学、高效的技术手段。     

流形切割及有限元网格覆盖下的三维流形单元生成

 三维流形单元生成和接触搜索算法问题是制约三维数值流形方法发展的瓶颈问题。系统详细地研究三维流形单元的生成方法,在前人工作基础上,采用三维有限元网格生成技术生成数学网格;通过块体数据结构、块体识别算法等方面的改进,将三维块体切割技术发展成流形切割技术,来解决流形块体生成问题;将石根华博士在二维NMM程序中采用的物理覆盖系统编码算法,扩展成三维流形编码算法,进而实现三维流形单元的生成。并在此基础上开发三维流形切割程序3D_MC.f90,可以实现四面体及六面体网格覆盖下任意形状三维流形单元的生成。通过几个例子可以看出,三维流形切割程序生成的流形块体形态、流形单元的节点与单元编码等均满足三维流形单元定义要求,从流形切割角度来看,说明此算法是正确的。     

任意形状薄壁杆件截面剪应力不均匀系数μ的计算

介绍一种计算任意形状薄壁杆件截面剪应力分布的有限元位移法,根据剪应力分布的计算结果可容易地求得薄壁杆件截面剪应力分布不均匀系数μ。该方法可适用于任意截面形状且壁厚有变化的开口或闭口薄壁杆件。     

基于IDL的三维地质体模拟系统的设计与实现

三维地质体建模具有形象、直观、易操作等优点,已成为地学研究的重点。以野外收集的钻孔资料为源数据,利用IDL强大的数据处理与图形显示功能,采用表面模型法和体绘制构造三维地质体可视化模型,通过建立的可视化界面实现地质体的旋转、缩放等多种控制操作,并且实现任意点地层属性查询、动态调整、剖面切割等分析功能。最后,将其应用于实际工程中,验证了系统的可行性和实用性。     

MBIM+FEA方法在矿山罐道架结构设计中的应用

针对矿山建筑罐道架中结构分析的一些问题,采用建筑信息模型BIM,提出了新型的工业建筑结构设计方法MBIM+FEA(矿山建筑信息模型+有限元分析方法),建立了矿山罐道架整体结构的三维BIM模型;应用Revit X CSI导入SAP2000,进行罐道架结构计算,实现了物理模型和分析模型之间的双向无缝对接;构建了所有细部节点的三维模型,实现了全结构的精细化和仿真化,为沉浸式VR技术提供了基础模型;达到了应用revit将任意平面导入CAD绘制任意截面施工图的目的。     

基于Half Edge的随机结构面切割下三维块体系统自动生成法

针对三维块体系统自动生成法的研究成果虽多,但主要研究过程的介绍较少的情况,本文结合Half Edge结构对任意结构面组合切割形成的三维块体系统的自动生成法进行了详细研究,研究结果表明该生成法为既有基于有向图遍历理论的二维块体系统的三维拓展,可对任意结构面切割组合下形成的包括凹形块体在内的三维块体进行有效搜索,显示该方法的通用性和有效性,并可为三维结构面连通性判定、三维不连续分析或流形元分析的前处理系统所应用。     

变截面梁单元在任意荷载作用下固端内力的统一计算方法

应用奇异函数方法和高斯求积法导出梁单元固端内力的统一计算式,该方法适用于任意变截面单元在任意荷载作用下的固端内力计算,根据导出的计算式易于实现有限单元法的编程计算。大量算例结果表明,该方法将各种荷载的固端内力计算统一,概括面更广,且结果精度在99%以上,完全满足工程计算精度要求。     

三维地层构造的块体理论方法

三维地层建模方法是地层可视化研究的关键问题之一,主要有面建模和体建模方法两大类。本文针对体建模问题,探讨了一种通过块体理论构造三维地层的新方法。该方法将地层区域内部结构面和边界面作为某虚拟岩体的裂隙面,这些裂隙面可将地层区域全部切割成有限块体;将虚拟岩体的剩余部分切割成一定数目的无限块体和有限块体,利用块体理论中块体的矢量判别法判别出地层区域内的有限块体,并求出其顶点坐标及其在各侧面上的排列顺序后,即完成三维地层的构造和剖分过程。在此基础上通过OpenGL绘制地层块体,从而实现三维地层可视化。     

大粒径卵砾石地层盾构刀盘选型及适应性评价

大粒径卵砾石地层是北京地铁修建过程中开挖难度最大的地层之一,给土压平衡盾构施工造成了一系列的难题。刀盘是土压平衡盾构的重要构件之一,合理的刀盘结构型式是大粒径卵砾石地层土压平衡盾构高效、可靠运行的前提。为了找出适用于大粒径卵砾石地层的刀盘结构型式,以北京地铁九号线盾构工程为背景,开展大粒径卵砾石地层土压平衡盾构开挖原型试验,基于"北京地铁盾构施工实时管理系统"和"北京地铁建设安全风险技术管理体系"收集盾构关键施工参数,以现场掘进试验数据有基础,对盾构掘进效能、盾构关键参数地层适应性及刀具磨损情况进行了对比研究。研究结果表明:1)大粒径砂卵石地层辐条式刀盘适应性更好,掘进效率更高,对刀具的磨损控制更为有利;2)辐条式刀盘可适当增大开口率至55%~65%;3)大粒径卵砾石地层,辐条式刀盘比面板式土压力控制更加稳定;提高盾构掘进速度的同时,应注意盾构土压力的控制,合理的盾构推进速度应为20~60mm/min。     

计算机辅助设计在建筑安全玻璃加工中的应用

以北京天文馆的"复杂异形曲面夹层中空玻璃"为例,介绍如何根据玻璃的三维效果图利用计算机辅助设计来模拟展开空间曲面玻璃,如何绘制切割文件进行玻璃切割;如何根据玻璃的三维效果图利用计算机辅助设计来分割曲面玻璃,进行模具的加工等。     

土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术

上软下硬复合地层是盾构隧道中的不良地层之一。文章针对这类地层的主要特征,分析了土压平衡盾构机掘进通过时容易产生姿态上抬、刀具损坏、地面沉降、土仓结泥饼、卡螺旋机的风险,提出刀具配置和更换、掘进控制、预设换刀区几方面的对策,并列举了一些对掘进时异常情况的辨别和处理方法,可为类似工程提供参考。     

Some geological and geotechnical factors affecting the performance of a roadheader in an inclined tunnel

The factors affecting the performance of 90 kW-shielded roadheader is investigated in detail in a tunnel excavated for Nuh Cement Factory. The first part of the tunnel is horizontal and the second part is inclined with 9° and excavated uphill. Tunnel passes through a formation of the Upper Cretaceous age with nodular marl, carbonated claystone, thin and thick laminated limestone. Water ingress changes from 0 to 11 l/min. In six different zones it is found that the rock compressive strength changed from 20 to 45 MPa, tensile strength from 1 to 4 MPa, specific energy from 11 to 16 MJ/m³, plastic limit from 15% to 29%, liquid limit from 27% to 43% and water absorption from 4% to 18% in volume.

Detailed in situ observations show that in dry zones for the same rock strength the inclination of the tunnel and the strata help to increase the instantaneous cutting rate from 10 to 25 solid bank m³/cutting hour. The effect of water on cutting rate is dramatic. In the zones where the plastic limit and the amount of Al₂O₃ is low, instantaneous cutting rate increases from 34 to 50 solid bank m³/cutting hour with increasing water content from 3.5 to 11 l/min. However, in the strata having high water absorption characteristic and high amount of Al₂O₃, cutting rate decreases considerably due to the sticky mud, causing problem to the cutterhead. Excavation, muck loading and support works are performed separately due to safety concerns in the wet and inclined sections which reduced the machine utilization time from 38% to 8%. The information gathered is believed to form a sound basis in contributing the performance prediction of roadheaders in difficult ground conditions.     

顺层岩质边坡开挖松弛区试验研究

路堑边坡走向与岩层走向夹角大小对顺层岩质边坡稳定性有影响,但究竟二者关系如何,是设计人员关心的问题。在实际工程中,陡倾状顺层岩质边坡不稳定岩体可以刷方,但清方量较大的缓倾角和中等倾角顺层岩质边坡,其开挖松弛区范围也是设计人员关心的问题。利用地质力学模型试验方法,对上述两个问题进行了探讨,给出了确定开挖松弛区范围的方法,以及顺层岩质边坡的边坡走向与岩层走向夹角的上限值。     

桩承式围堤对邻近桥梁桩基的影响

桩承式围堤是将上部围堤或堆载荷重通过桩筏基础传递到深层较硬的土层,减少由于围堤或堆载对邻近桩基产生负摩阻力和侧向推力的一种构筑物。本文采用基于Geddes应力解的桩筏基础简化分析方法,以嘉兴港海盐港区三期围堤与杭州湾跨海大桥的穿越段为例,对桩承式围堤对邻近桩基产生的负摩阻力和侧向推力进行了理论研究,并与三维弹性和弹塑性数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:①桩承式围堤可有效降低围堤或地面堆载等荷载条件对邻近桩基的影响;②本文采用的简化分析方法与弹性和弹塑性三维数值模拟结果吻合较好,可作为桩承式围堤结构基础的分析和设计方法。     

上软下硬地层盾构机滚刀磨损特性研究

以广州地铁某盾构区间为工程背景,结合上软下硬地层的强度特性,提出了硬地层所占面积与掌子面面积之比来评估上软下硬地层中地层分布情况的方法,确定硬地层对开挖面强度特性的影响。根据地层特性和分布情况,提出了适应不同均一地层的刀盘合理转速以及适用于上软下硬地层的刀盘设计转速。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,提出根据刀盘扭矩变化幅度制定刀盘转速调整时机的预警机制,实现刀盘转速提前调整。结合实际应用效果,上软下硬地层会使盾构滚刀产生过快磨损,超前调整刀盘转速可有效降低滚刀受冲击荷载的影响,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。